蘭州市小西湖黃河大橋施工技術 參加交流

2022-04-03 07:21:49 字數 5016 閱讀 3619

一、工程概況

蘭州小西湖黃河大橋是蘭州市城市交通中的重要工程之一,對蘭州的經濟發展和城市快速交通網的形成具有十分重要的意義。蘭州市小西湖黃河大橋主橋為81.2+136+81.

2m三跨預應力混凝土雙塔單索面部分斜拉橋,橋長300m。

主橋採用塔梁固結、樑墩分設的結構形式。上部採用單箱三室、三向預應力體系;支點處梁高4.5m,跨中樑高2.

6m,梁體下緣按二次拋物線變化,箱梁頂寬27.5m,箱梁底寬15.428m~16.

948m;其中1#-4#梁段為無索區,5#-14#梁段為有索區;主塔高17.0m,採用鋼筋混凝土實心矩形截面,頂部寬2.6m,下部寬3.

0m,橫橋向寬2.0m,橋塔布置於**分隔帶上;斜拉索採用鋼鉸線索,每根拉索由31根φ15.24mm鍍鋅鋼鉸線組成。

主橋下部採用鑽孔樁基礎,墩身採用上大下小的「花瓶形」實體墩。其中,2#、3#主墩基礎均採用12根φ2.0m的鑽孔樁,樁長37m,承臺厚4.

0m;1#、4#墩基礎均採用8根φ1.5m的鑽孔樁,樁長分別為25m和18m,承臺厚3.0m。

本橋位於蘭州市市區北側,橫跨黃河。橋位處黃河河槽寬約300m左右,兩岸為人工漿砌堤岸,其水量、水位受上游劉家峽水庫影響較大,黃河主流位於北岸,水面寬約50-100m,豐水季節或上游水庫放水時,則河水淹沒整個河床。通常,12月—翌年3月為枯水期;4-5月為平水期;6-10月為豐水期。

由於春灌的需要,每年春季上游水庫有一次放水,直接影響到主橋基礎的施工。

本橋樁基穿過填築土層、卵石層、飄石層,樁底坐落在泥岩和砂岩上;主橋1#、3#、4#墩位於河漫灘;2#墩位於主河槽內。

本橋於2023年1月12日開工,2023年6月18日主橋合攏,2023年12月28日建成通車。

二、關鍵技術問題

1、主橋2#墩位於黃河主河槽內,墩位處水流流速大、沖刷嚴重。由於開工日期較晚,再加春灌日期比以往提前20天,給2#墩基礎施工造成很大困難,2#墩基礎施工將制約全橋的施工工期,2#墩基礎施工必須採取特殊的技術措施,確保按期完成。

2、2#、3#承臺輪廓尺寸為18.95×13.7×4m,乙個承臺的混凝土方量為1038.

5m3 , 採用一次澆注的施工方法。為確保承台大體積混凝土質量,必須採取可靠的技術措施,減少混凝土水化熱對混凝土質量的影響。

3、小西湖黃河大橋在國內屬首座ⅷ度區部分斜拉橋,3#墩為固定墩,承擔**產生的縱向水平力,施工時應採取可靠的技術措施,確保3#墩墩身質量。

4、本橋箱梁斷面為單箱三室,橋面寬27.5m,最長梁段4m,最重梁段290t,在國內懸灌施工中十分少見,施工中如何確保掛籃施工的安全性、縮短梁段的施工週期是梁部施工的關鍵。

5、按照工期的要求,全橋箱梁懸灌施工必須安排在冬季進行。蘭州地區冬季乾燥少雪多風,最冷月平均氣溫-6.4℃,極端最低氣溫-23.

1℃,最大溫差30.2℃,基本風壓值w0=500pa,歷年最大風速17.0m /s,歷年極大風速27.

6 m /s,平均相對濕度54.9%,最大凍結深度1.20 m。

在如此惡劣的自然條件下,冬季懸灌施工27.5m寬箱梁,在國內尚無先例。

6、本橋斜拉索在國內首次採用分絲管技術,分絲管的精確定位是斜拉索施工的關鍵。

7、本橋懸灌施工過程中,由於斜拉索多次安裝,使結構受力和變形較普通懸灌施工更加複雜,為確保箱梁成橋後的線形符合設計要求,施工過程中的應力測試和線形控制,是本橋施工的關鍵。

三、施工方案及關鍵技術問題的研究解決

本橋施工前,專案部組織科研攻關組對本橋的施工方案以及關鍵技術問題進行科研攻關,制定了切實可行的施工方案,解決了施工中的關鍵技術問題。

(一)總體施工方案

主橋的鑽孔樁採用衝擊鑽進行施工。主橋1#、3#、4#墩位於河漫灘,基礎施工採用原位築島先施工樁基礎,然後開挖施工承臺。2#墩位於主河槽內,採用鋼筋混凝土圍堰的施工方案,先下沉圍堰到設計位置後,再進行鑽孔樁的施工,鑽孔樁施工完成後,在圍堰內進行承臺的施工。

2#、3#t構的承台上設定8個臨時支墩,支墩下端與承臺固結,上端與0#梁段固結,使施工過程中t構形成穩定體系。邊跨合攏後,拆除臨時支墩,實現體系轉換。

主橋0#梁段採用碗扣支架法現澆施工;1#-16#梁段採用掛籃懸灌施工;在2#梁段施工完成後,在梁頂搭設施工支架,進行索塔施工。5#梁段施工完成後,安裝斜拉索。邊跨直線段和邊跨合攏段在支架上現澆施工,中跨合攏段採用掛籃底模架施工。

為保證2#墩以及上部施工的需要,在本橋的下游設有施工棧橋。在2#和3#墩旁下游側各設一座塔吊,負責施工材料的垂直運輸。本橋上下部均採用商品混凝土,混凝土由輸送幫浦進行澆注。

(二)關鍵技術問題的研究解決

1、2#墩基礎施工

2#墩位於主河槽內,水流流速快,沖刷嚴重,又受春灌提前放水水位**的影響,必須採用防水圍堰、先堰後樁的施工方法,才能保證2#墩基礎的施工。顯然土袋圍堰和鋼板樁圍堰不適合於本橋,鋼套箱圍堰造價昂貴,且自重輕、下沉困難;經方案比選,2#墩基礎採用圓形薄壁鋼筋混凝土圍堰。圍堰直徑24m,壁厚0.

8m,高10.5m,共分三節(4m+3m+3.5m)製作下沉,其中:

刃腳高1.2m。圍堰底標高1506.

4m(比承臺底低1.4m),圍堰頂標高1516.9m,比十年一遇洪水位高0.

2m(比施工季節最高水位高1.5m),可滿足施工需要。

圍堰設計時,採用ansys結構分析程式,對圍堰下沉過程中的各種受力工況進行空間受力分析,確保圍堰受力符合規範要求;圍堰下沉過程中,在圍堰頂面設定8個測點,加強施工觀測;將挖掘機置於圍堰內,使圍堰內四周取土均勻,圍堰下沉位置準確。

第一節圍堰利用低水位時築島立模澆注。下沉第

一、二節圍堰時,用一台挖機在圍堰內均勻開挖,另一台挖機在圍堰外接應,並在四角設有集水井水幫浦排水;第三節沉井製作完成後,隨著井內深度的增加,改換長臂挖掘機放在圍堰內,開挖時挖掘機位於沉井中間,四周對稱開挖,形成中間固定平台。平台比四周高4-5m,以方便四周水幫浦抽水及臨時停電時保證備用電源供電時間,不致淹住挖機。根據湧水量計算,選用8臺(工作5臺備用3臺)。

開挖中採取強排水,對稱開挖,控制圍堰內外水頭差保持在4-5m,在圍堰頂設8個測點隨時檢測圍堰下沉情況,保證順利下沉。從2002.03.

20開始下沉第一節圍堰至2002.05.10完成第三節圍堰下沉,共用時50天,日均下沉0.

21m,且位置準確,沒有發生傾斜和開裂。

2、承台大體積混凝土施工

混凝土為熱不良導體,大體積混凝土內部的水泥水化熱不易散發,使大體積混凝土內部的溫度公升高,造成內漲外縮,使混凝土表面產生拉應力。本橋2#、3#墩承台大體積混凝土施工時,混凝土採用低水化熱水泥、摻加粉煤灰、減水劑減少水泥用量,經多次實驗選定最優配合比;澆注時,減少澆注層厚度,加快混凝土散熱速度、在混凝土內埋設冷卻管通水冷卻、布設測溫管加強溫度控制,澆注完成後,在混凝土和側面覆蓋撒水養護,2#、3#承台大體積施工時,承臺混凝土內外的溫差始終控制在18度之內,經多次檢驗,混凝土沒有出現開裂的情況。

3、3#墩墩身施工

本橋橋址位於**烈度ⅷ區,3#墩為主橋固定支墩,承擔**產生的水平剪力和彎距,固定墩採用國際上最先進的延性理論設計,墩底塑性鉸範圍內,布置強大的箍筋和受力鋼筋,鋼筋直徑大,間距小,鋼筋的聯結困難,施工時採用冷擠壓套筒連線技術,確保鋼筋位置準確、聯結牢固。根據3#墩鋼筋間的實際淨空,採用小石子混凝土,選用不同直徑的插入式振搗棒振搗,防止出現蜂窩的情況發生,保證了墩身混凝土的灌注質量。

4、寬截面箱梁的懸灌施工

本橋施工前,曾對國內的各種掛籃進行比選,首選菱形掛籃作為本橋施工用掛籃。由於本橋箱梁為單箱三室,5#-14#梁段中室設有斜拉索錨固點,掛籃必須選用4主桁的結構形式,4主桁掛籃在國內從未使用過,其各部分受力和施工過程密切相關,如何解決4主桁的受力和變形均勻問題、掛籃的安全性問題、掛籃的整體一次移動問題和底模的平整度問題是本橋掛籃設計的關鍵。

掛籃包括:主構架、底模架、前上橫樑、內外模板、行走及錨固系統五部分。底模架前端通過吊帶懸吊在前上橫樑上,後端通過吊帶懸吊在已成梁段底板上;外模前端通過走行梁懸吊在前上橫樑上,後端懸吊在已成梁段的翼緣上。

梁段的部分重量通過前上橫樑傳遞給主構架,主構架通過後錨筋將待澆梁段重量傳遞給已成梁段。本橋掛籃通過前吊帶的位置調整,使四片主桁受力均勻,變形一致。通過採用大剛度底模,解決了現澆箱梁底板的平整度問題。

採用前上橫樑分離的形式,解決了掛籃移動的不同步問題。本橋4主桁掛籃在設計時考慮了不同梁段長度、不同澆注順序、各種施工工況的情況下,掛籃各構件的受力最不利情況,從構造上確保了掛籃施工的安全性。

梁段預應力張拉完成後,掛籃一次整體移動到下一樑段。0#梁段施工完成後,在0#段上拼裝掛籃,懸灌施工1#-16#梁段。

由於本橋箱梁斷面較寬(頂板27.5m),混凝土澆注時必須採用合理的施工順序,防止底模扭曲變形、4主桁變形不同步的情況發生,影響混凝土質量。混凝土澆注時,三箱應同時進行,由前向後,先底板後腹板再頂板最後翼緣的施工順序。

本橋梁段懸灌施工中,無索段平均施工週期為7天,有索段平均施工週期為10天。掛籃4主桁變形均勻,掛籃移動平穩,一次移動到位僅需要4小時,箱梁底板平整,梁段接縫錯台很小,在全橋懸灌施工中沒有發生任何問題。

5、寬截面箱梁冬季懸灌施工

箱梁冬季懸灌施工,在國內及為少見。蘭州地區冬季能否進行懸灌施工,當時是有爭議的。經組織有關專家對本橋冬季施工方案進行論證後,認為本橋冬季施工方案是可行的。

冬季懸灌施工必須解決三個問題:①冬季施工的防風措施問題;②大截面單箱三室養護的溫度、濕度的控制問題;③混凝土質量控制問題。

5.1 防風措施

在掛籃外模桁架的外面鋪設5㎝木板,木板採用鋼筋作為揹帶,揹帶與外模框架固定,木板內側依次為塑料布、巖棉被、塑料布和木板;在側模端頭用一層塑料布、巖棉被、塑料布和木板隔熱層將側模端頭封閉。保溫層外層採用木板,木板和外模桁架固定,起到防風的作用;第二層採用塑料布,起到防水作用;第三層採用巖棉被,起到保溫作用;第四層採用塑料布,起到防水作用;第五層採用木板,起到隔熱作用。在此空間安裝1臺煤爐。

在底模下搭設懸吊支架,支架用塑料布、巖棉被、木板包裹,支架與底模組成封閉的暖棚。在封閉空間內安裝3臺煤爐。

利用掛籃主桁架在現澆箱梁頂面搭設支架,支架用兩層帆布包裹,將箱梁頂封閉。箱梁前端用兩層帆布封閉。

在箱梁內室各安裝一台煤爐。每台煤爐頂安裝乙個水桶,起到加濕作用。

5.2 大截面單箱三室養護的溫度、濕度的控制

在外模封閉暖棚內設2個溫度和濕度測點,在底模暖棚內設3個溫度和濕度測點,在室內設3個溫度和濕度測點。混凝土澆注後,應每2小時檢測一次,確保暖棚內的溫度和濕度均勻。通過採取上述保溫措施,本橋冬季施工中,暖棚內的溫度始終控制在26度左右,箱梁表面未見任何裂紋。

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